光纤通信第三章3-接收机灵敏度演示教学
光接收机特性指标——灵敏度PPT资料优秀版
✈海底通信系统：尽可能减少中继站数目以提高可靠性并容易维护。 ✈海底通信系统：尽可能减少中继站数目以提高可靠性并容易维护。
灵敏度，dBm
——灵敏度
理想光接收机灵敏度
灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标。
02.理想光接收机灵敏度
理想光接收机：假设光检测器的暗电流为零，放大器完全没有噪声，系
统可以检测出单个光子形成的电子—空穴对所产生的光电流。灵敏度只
理想光接收机：假设光检测器的暗电流为零，放大器完全没有噪声，系统可以检测出单个光子形成的电子—空穴对所产生的光电流。
在限定误码率的条件下，决定灵敏度的主要因素有传输速率、光检测器、前置放大器的特性，特别是噪声特性。
✈海底通信系统：尽可能减少中继站数目以提高可靠性并容易维护。
✈海底通信系统：尽可能减少中继站数目以提高可靠性并容易维护。
受光检测器的量子噪声限制。
理想光接收机的灵敏度
波长μm
ห้องสมุดไป่ตู้
1.31
1.55
速率Mb/s
34
140
140
622
灵敏度dBm
-71.1
-63.8
-65.7
-59.2
03.灵敏度影响因素
在限定误码率的条件下，决定灵敏度的主要因素有传输速率、光检测器、 前置放大器的特性，特别是噪声特性。 光接收机的噪声：
✈光电检测器噪声 ✈电子放大器噪声 ✈光源谱线的随机性与单模光纤色散相互作用形成的模分配噪声。
通信技术专业教学资源库 深圳职业技术学院
《光纤通信技术》课程
光接收机特性指标 ——灵敏度
主讲：赵晓吉
课程团队：马晓明 赵晓吉 吴粤湘 林琪
目录
01 灵敏度定义 02 理想光接收机灵敏度 03 灵敏度影响因素
光纤通信_实验3实验报告接收机灵敏度和动态范围测量实验
光纤通信_实验3实验报告接收机灵敏度和动态范围测量实验课程名称：光纤通信实验名称：实验3 接收机灵敏度和动态范围测量实验姓名：班级：学号：实验时间：指导教师：得分：一、实验目的1、了解和掌握光收端机灵敏度的指标要求和测试方法。
2、掌握误码仪的使用方法。
二、实验器材主控&信号源模块25 号光收发模块23 号光功率计&误码仪模块三、实验原理光接收机的性能指标主要包括灵敏度和动态范围。
（1）灵敏度灵敏度是光端机的重要特性指标之一，它表示了光接收机接收微弱信号的能力，是系统设计的重要依据。
光接收机灵敏度的定义是：在给定误码率或信噪比条件下，光接收机所能接收的最小平均光功率。
在测灵敏度时应注意 3 点：1、在测量光接收机灵敏度时，首先要确定系统所要求的误码率指标。
对不同长度和不同应用的光纤数字通信系统，其误码率指标是不一样的。
例如，在短距离光纤数字通信系统中，要求误码率一般为，而在420km 数字段中，则要求每个中继器的误码率为。
对同一个光接收机来说，当要求的误码率指标不同时，其接收机的灵敏度也就不同。
要求误码率越小，则灵敏度就越低，即要求接收的光功率就越大。
因此，必须明确，对某一接收机来说，灵敏度不是一个固定不变的值，它与误码率的要求有关。
测量时，首先要确定系统设计要求的误码率，然后再测该误码率条件下的光接收机灵敏度的数值。
2、要注意光接收机灵敏度定义中的光功率是指最小平均光功率，而不是指任何一个在达到系统要求的误码率时所对应的光功率。
因此，要特别注意“最小”的概念。
所谓“最小”，就是指当接收的光功率只要小于此值，误码率立即增加而达不到要求。
应该指出，对某一接收机来说，光功率只要在它的动态范围内变化，都能保证系统要求的误码率。
但灵敏度只有一个，即接收机所能接收的最小光功率。
3、灵敏度指的是平均光功率，而不是光脉冲的峰值功率。
这样，光接收机的灵敏度就与传输信号的码型有关。
码型不同，占空比不同，平均光功率也不同，即灵敏度不同。
【实用】光接收机的灵敏度和动态范围PPT文档
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谢谢
测量次数
接收最小 光功率 （mw)
误码率
1 1.0
3X10-9
2
3
1.3 1.2
1X10-9 4X10-10
4 1.4
3X10-10
5 1.1
2X10-9
6
7
1.2 1.3
1X10-9 1X10-9
8 1.2
1X10-9
9 1.3
1X10-9
解：
PR
10lg (1.3
+
1.2
+
1.4
+
1.2 + 1mW
• 因为光接收机的输入光信号不是固定不变的，为了保证系统正常 工作，光接收机必须有一个动态范围，也就是说光接收机必须具 备适应输入信号在一定范围内的能力。低于或高于这个动态范围， 都会产生较大的误码。
下面请同学们完成两个计算。
1、对某光接收机进行了多次测量，测量结果如下表，该传输系统要求误码率小 于10-9，求该接收机的灵敏度。
(dBm)
光接收机的动态范围
• 光接收机的动态范围是指在保证系统误码率指标的条件下，接收 机的最低输入光功率（dBm）和最大允许输入光功率（dBm）之 差（dB）。该值越大越好。即
D＝10
l
g
Pmax 103
10
l
g
Pmin 103
10 lg Pmax (dB) Pmin
光纤通信原理第三章3 光接收机灵敏度
v0 :"0" 码时输出电压的均值; v1 :"1" 码时输出电压的均值; D : 判决电平; f 0 ( x) :"0" 码时输出电压的概率密度 f1 ( x) :"1" 码时输出电压的概率密度
“0”码误判为“1”码的概率：
E01 =
“1”码误判为“0”码的概率：
E10 =
总误码率 BER
BER = P(0)E01 + P(1)E10
BER = P(0)E01 + P(1)E10
一般线路编码：P(0)=P(1) 则：
1 BER = ( E01 + E10 )
2
3.判决电平与灵敏度的计算
为使误码率最小
E01 = E10
D - V0 = V1 - D = Q
0
1
BER =
误码率和Q的对应关系
灵敏度的计算：
1. 从要求达到的误码率→Q值；
2. 计算出 0 和 1 → V0和V1;
3. 由光电检测器的响应度和放大器的传递 函数求出输入端“1”和“0”码时接收光功 率；
4. 求出平均光功率。
P(0)和P(1)分别表示码流中“０”码和“１”码出现的概
放大器的噪声是高斯分布的白噪声； 光电变换是泊松分布的随机过程； 雪崩倍增过程则是一个非常复杂的 随机过程。
1.高斯近似假设
放大器的噪声是概率密度函数为高斯函 数的白噪声
f ( x) =
v : 均值;
2: 放大器输出端的总噪声功率
2 =
2
Vna
简化计算： PIN 和APD近似为高斯分布
的随机过程
放大器噪声与检测器噪声之和的概率 密度函数仍为高斯函数
《光纤通信》第三章光接收机-PPT课件
均衡网络的传递函数 Heq()
为实现无码间干扰判决需满足 S()•Hof()•Ham()•Heq()=H()
S(): 发送脉冲的频谱 Hof(): 光纤的传递函数 Ham(): 放大器的传递函数（包含检测器传递函数）
H() Heq()= S()•Hof()•Ham()
均衡网络与发送脉冲波形，光纤特性， 放大器特性有关。
10
V
雪崩光电二极管
APD 的温度特性
G
100 20º C 40º C 60º C
10
1 T VB。 V
50
100
150
APD实用时应在偏置电路中加温度补偿。
雪崩光电二极管
APD的倍增噪声
APD 噪声：
量子噪声（散弹噪声） 暗电流噪声 倍增噪声----影响最大
APD的过剩噪声系数：
F(G)Gx
(2) 保证达到给定误码率的条件下，光接收机需 要的每一光脉冲的最低平均能量。 (3) 保证达到给定误码率的条件下，光接收机需 要的每一光脉冲的最低平均光子数。
§3.2 光接收机的灵敏度
BER
10-4 10-5 10-6 10-7
给定BER
10-8 10-9 10-10 -32 -30 -28 -26 -24
本章作业:
P210 3.1, 3.2
Ip R= P0
R: 斜率 P0(W) 0 探测器已加反向电压
Id作为一直流噪声源存在
Id
光电二极管
响应速度
□常用上升，下降时间表示。
□主要由结电容和负载电阻的时间常数决定。
上升时间(RL=50) Si: 300ps Ge: 500ps InGaAs: <100ps
接收灵敏度和噪声系数ppt课件
接收机解调门限的定义
在一定的误码率BER前提下，接收机接收到的信 号应不低于接收机解调门限，接收机才能正确解 调接收到的信号。接收机解调门限表示为Eb/Nt， 是指每比特能量与噪声功率谱密度之比。
精选ppt
3
S(dBm) = NT0(dBm) +10log(BW)+ NF(dB) + Eb/Nt_req
精选ppt
8
在Layout 时，其接收路径走线尽 可能短，线宽尽可能宽，这样才能 将其Insertion Loss 降低，甚至 必要时，可以将走线下层的GND 挖空，如此便可以在阻抗不变的情 况下，进一步拓展线宽，使其 Insertion Loss 更为降低
LNA 输入端的Loss，除了Insertion Loss，也包含了 Mismatch Loss，因此之所以做接收路径的匹配，主要 也是为了降低Mismatch Loss，以便进一步降低Noise Figure，达到提升灵敏度之效。
精选ppt
14
按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射为 P=26.8dBw，大气层衰减为A=2.0dB,则GPS 系统L1 频 段C/A 码信号到达地面的强度为：
PC/A=P-F-A =26.8-182.4-2.0
=-157.6dBw
GPS ICD（Interface Control Document，接口控 制文档）中给出的GPS 系统L1 频段C/A 码信号强度 最小值为-160dBw，和上述结果一致。在实际场景中， 由于卫星仰角的不同、以及受树木、建筑物等的遮挡， L1 频段C/A 信号到达地面的强度可能会低于160dBw。
精选ppt
光接收灵敏度
(1). APD 光接收机灵敏度的一般表达式 由（1.5.13）与（1.5.19）式知，当判决点为“0”码时，判决点总的噪声功率（包 括雪崩噪声与热噪声）为：
(1.5.23）
N0=
hυ G x Em
η
Σ1
− 2
I1
+
⎜⎜⎝⎛
hυ η
⎟⎟⎠⎞ 2
Z G2
上式中的第二项即热噪声的表达式，已经折算到光接收机的输入端。
0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
Σ1
1.0727 1.1330 1.2281 1.3761 1.6079 1.9803 2.6062 1.0412 1.0961 1.2030 1.4087 1.8228 2.7455 5.1563
Pe =
1× 2
1
2π
d − v0
∫ N0 −∞
Z2
−
e
2 dz +
1×
2
1
2π
∫+∞
v1−d
N1
Z2
−
e 2 dz
Z2
∫ = 1
+∞ −
e 2 dz
2π Q
Q = v1 − v0 N1 + N0
假定在光脉冲为“0”码时，光脉冲的光功率为 0（实际情况是光功率很小，此 处忽略；若考虑其影响则对灵敏度稍有劣化，近 1dB），则光接收机的输出瞬时电压也 为 0。此外与热噪声的表达类似，应该把输出瞬时信号电压 v1 折算到光接收机的输入 端进行表示；于是 v1 的含义发生变化，成为“1”码光脉冲的光能量 Em，上式变为：
光纤通信第三章3-接收机灵敏度
系统升级与维护
兼容性
当考虑升级光纤通信系统时，必须确保新接 收机与现有系统的其他部分兼容。这包括与 发送器、中继器和网络的兼容性。不兼容的 设备可能导致信号质量下降、通信中断或其 他不可预测的行为。
维护和修理
在光纤通信系统的运营期间，接收机可能需 要定期维护和修理。这可能涉及清洁光学元 件、检查连接器和电缆、以及更换损坏的组 件等任务。为了确保系统的可靠性和稳定性 ，必须采取适当的维护措施并快速修理任何
光纤通信第三章接收机灵敏度
目
CONTENCT
录
• 接收机灵敏度的定义 • 接收机灵敏度与系统性能的关系 • 提高接收机灵敏度的方法 • 接收机灵敏度与其他参数的关系 • 实际应用中的考虑因素
01
接收机灵敏度的定义
定义
接收机灵敏度是指接收机在特定噪声背景下，能够检测到的最小 信号功率。它反映了接收机对微弱信号的检测能力。
影响因素
01
02
03
04
噪声水平
接收机的内部噪声和外部噪声 都会影响其灵敏度。内部噪声 主要由电子器件的热噪声和散 粒噪声引起，外部噪声则包括 环境噪声和邻近信道的干扰噪 声。
动态范围
动态范围是指接收机在保证一 定性能指标下，能够接收的最 大信号功率与最小信号功率之 比。动态范围越大，表示接收 机能够在较大的信号变化范围 内保持稳定的性能。
100%
噪声来源
主要包括散弹噪声、热噪声和激 光器自发辐射噪声等。
80%
信噪比改善
通过降低噪声、提高信号功率或 降低系统带宽等方法可以提高信 噪比，从而提高接收机灵敏度。
动态范围
动态范围
系统正常工作所需的输入信号功率范围，即最大可承受的信号功率与 阈值信号之间的差值。
光接收机的指标——灵敏度和动态范围
光接收机的指标——灵敏度和动态范围光接收机的灵敏度和光接收机的动态范围是光接收机的两个重要指标．1．光接收机灵敏度光接收机灵敏度这个指标，是描述接收机被调整到最佳状态时，在满足给定的误码率指标条件下，接收机接收微弱信号的能力．上述这种能力的描述，可以用以下三种物理量来体现．(1)最低接收平均光功率．(2)每个光脉冲中最低接收光子能量．．(3)每个光脉冲中最低接收平均光子数．本书将采用工程常用的物理量：最低平均光功率．这就是说，光接收机的灵敏度，是在满足给定的误码率指标条件下，最低接收平均光功率Pmin．工程上光接收机灵敏度中的光功率常用相对值来描述，即用dBm来表示式中，Pmin——在满足给定的误码率指标条件下以瓦表示的最低接收光功率；——指lmW光功率．从物理概念上来看，上述这种灵敏度定义也是容易理解的：如果一部光接收机在满足给定的误码率指标下所要求的最低平均光功率低，说明这部接收机在微弱的输入光条件下就能正常工作，显然，这部接收机的性能是好的，是灵敏的．同样，从物理概念上也容易理解，限制接收机的灵敏度的主要因素是噪声，由于接收机存在噪声（这将在后面讨论），因而，为了保证正常接收，就需要有足够大的输入功率．2．接收机的动态范围光接收机的动态范围D，是在保证系统的误码率指标要求下，接收机的最低输入光功率（用dBm来描述）和最大允许输入光功率（用dBm来描述）之差(dB)，即式中，就是上面所讲的接收机灵敏度．之所以要求光接收机有一个动态范围，是因为当环境温度变化时，光纤的损耗将产生变化；随着时间的增长，光源输出光功率亦将变化；也可能因一个按标准化设计的光接收机工作在不同的系统中'从而引起接收光功率不同，因此要求接收机有一个动态范围．低于这个动态范围的下限（即灵敏度），如前所述将产生过大的误码；高于这个动态范围的上限在判决时亦将造成过大的误码．显然，一台质量好的接收机应有较宽的动态范围．3.6.3 光接收机的噪声1.研究光接收机噪声的目的在一个完整的光纤通信系统中，光接收机是它的重要组成部分．可以想像，在满足误码率（或信噪比）指标要求下，如果需要输入接收机的光功率低，则表明这个光接收机的灵敏度高，性能好．那么为什么光接收机的输入功率不能无限制地降低呢？显然，是受到了系统中噪声的限制．为了研究光接收机的性能，就需研究光纤通信系统的噪声，首先是从接收机这端引入的噪声．2．光接收机噪声的主要来源(1)光电检测器引入的噪声光电检测器在工作时，一方面将接收到的光信息量转变为电的信息量；另一方面，在上述这种转变过程中，又将一系列与信息无关的随机变化的量带人信息量中，这种随机变化量主要有以下三种。
接收灵敏度的解析与调试
记住：不存在所谓的经典匹配。实际应用中因器件之间有传输 线，所以不一定会按理想情况变化，所以要做到得心应手，就 必须学习传输线理论
三、传导灵敏度调试一
例：
公共通路上一般会有耦合器，有些案子会有SAW，此时耦合器与射频测试座之间的匹配网络 影响通路阻抗的收敛性，耦合器与ASM ANT口之间的匹配网络影响通路阻抗的位置。
1、不同通信系统或速率，带宽会不同； 2、NF其中包括噪声系数和插损； 3、SNR一般TR厂家会给出
二、接收灵敏度的理论计算二
三、传导灵敏Байду номын сангаас调试一
射频通路（包括公共通路， 双工器及SAW等）
S11
S22
S21 S12 ZI和ZL的特性阻抗理想情况下为50ohm S参数，即散射参数，是微波传输中的一个重要参数。 S12为反向传输系数，也就是隔离。 S21为正向传输系数，也就是增益。 S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗。 S22为输出反射系数，也就是输出回波损耗。
由于通路的阻抗并 实例， TRX直通时： 不一定能够很好地 控制在50OHM，因 此S22一般在
50OHM附近时收敛。
可以通过直通和参 考Datasheet并一电 感来确定S22的走位，
然后可以按照S22走
位的方法来调收敛
三、传导灵敏度调试一
从供应商处要了B5 双工器的 Datasheet S参数
1. 收敛性调试：
A.由于涉及频段较宽，因此所用器件需谨慎（无源和有源双重验证），个人认为一般串 1NH~2.4NH左右的电感，影响收敛比较明显，如图C1106。并联器件一般起微调作用，不宜 选择小电感，一般大于27NH。并联电容影响明显，一般会导致发散。
B.器件的拓扑结构对收敛性有明显地影响。以射频测试座为2端口，ASM ANT口为1端口，此
光接收机调试介绍详解演示文稿
RFOG的网络结构
机房设备
野外网络
下行信号 有线电视
混 合
光分路器 光发模块
光分路器
双向业务
设备
下行信号
上行信号
光收模块
光中继器
RFOG光机 RFOG光机
楼内网络
用 户 终 端
第23页，共49页。
单光中继器结构及实样
第24页，共49页。
双中继器实样
第25页，共49页。
回传光链路
有光AGC 功能
电平有利于抑制噪声，但降低了动态适应性
关断电平同样要兼顾到信号的最低电平和噪声电平，关 断电平要低于信号最低电平，但要高于噪声电平。
若关断电平高于信号最低电平，部分信号可能会被截断， 关断电平低于噪声电平则光信号会长时间打开或关不断
第18页，共49页。
RFOG使用
RFOG在同一时刻只有一台光机有光信号输出，所 以可将多路回传光信号合成一路，由一块模块进 行接收
0.1
单位
db
5mw/1v
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
2mw/1v
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
1mw/1v
-20
-19
-18
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
1mw/2v
-23
-22
接收灵敏度
接收机灵敏度是指给定接收机解调器前要求信噪比的条件下，接收机所能检测的最小信号电平。
与输出信噪比、接收天线等效噪声温度及接收机本身噪声都有关系，而不能用高斯白噪声等效所有可能的噪声。
GSM的接收灵敏度为-102dbm，一般系统接收到的信号电平低于-100dbm就不能正常通话。
接收机灵敏度是指给定接收机解调器前要求信噪比的条件下，接收机所能检测的最小信号电平。
SNR是指输出信号与同时输出的噪声的功率比值。
Rx 是接收（Receive ）的简称。
无线电波的传输是“有去无回”的，当接收端的信号能量小于标称的接收灵敏度时，接收端将不会接收任何数据，也就是说接收灵敏度是接收端能够接收信号最小门限。
接收灵敏度仍然用dBm 表示，通常WiFi 无线网络设备所标识的接收灵敏度（如-83dBm) ，是指在11Mbps 的速率下，误码率（Bit Error Rate ）为10 -5 (99.999%) 的灵敏度水平。
无线网络的接收灵敏度非常重要，例如，发射端的发射能量为100mW 或20dBm 时，如果11Mb 速率下接收灵敏度为－83dBm ，理论上传输的无遮挡视距为15km ，而接收灵敏度为－77dBm 时，理论上传输的无遮挡视距仅为15Km 的一半（7.5km ），或者相当于发射端能量减少了1/4 ，既相当于
25mW ，或14dBm。
接收机性能敏感度测试
接收机性能敏感度测试1.引言GJB151A 中的CS103、CS104和CS105这三项传导敏感度测试的目的是确认在接收机中可能产生的互调产物（CS103）、带外发射抑制（CS104）和交调产物（CS105）是在标准或规范容许的限值内。
a. 互调在接收机带宽以外的两个或多个发射未被射频放大器任一级或混频器高度衰减，从而因非线性效应产生这些发射的谐波的和频与差频，如果其中某些恰在接收机通带内，就与有用信号一样被接收，从而引起接收机性能降低。
b. 交调一个邻近频道发射进入接收机前端电路致使射频放大器处于非线性区，当有用信号经由此放大器时，因前者导致放大器增益变化而使此有用信号受到调制。
c. 带外发射的抑制不希望的信号渗入接收机前端并与本振信号混频产生和与差频，其中有的正好落入接收机中频带宽内，也被当作有用信号处理。
这些带外杂波响应的例子如镜频响应、本振的谐波加上和减去中频、本振谐波除以干扰信号的谐波。
以上三种现象示于图1。
Un Re gi st er ed图1 接收机敏感特性互调、交调、带外信号抑制的图示2.CS103互调（15KHz~10GHz ）任何放大器都有某种程度的非线性，当信号接近饱和时非线性变得明显。
由于接收机是一种灵敏装置，典型的灵敏度约为-90dBm 至-130dBm ，它对非线性效应要比大多数基带放大器要敏感得多。
这些效应中最重要的一种称为互调。
要产生互调产物，两个或多个带外信号必须足够强才能渗入接收机前端（例如其预选器），导致在射频放大器或混频器中出现的信号在非线性级中混频。
此混频过程产生干扰信号及其谐波的和与差频。
如果这些新频率中的一个或多个处在接收机的通带内，就与有用信号一起被处理。
因此能产生互调干扰的信号应满足以下关系：|21nf mf ±|=0f （1）或 1|f fn f f m|0201=± （2） 其中0f 为接收机调谐频率1f 和2f 为产生互调的两个干扰发射的频率m 和n 为整数（1，2，3等）互调产物混频的阶数由整数m 和n 之和决定。
33-34接收机灵敏度-精选文档
N
p ( t ) [ ] dt 0 t h
t L 0
0
n个Pprob()的卷积
结论：光电检测过程是非常复杂的随机过程。
8
三、接收机灵敏度的精确计算 1、方法
设Ns和Nd分别为每秒钟光生和暗电流生成的电子-空穴 对数；qn是放大器的高斯噪声归一化为二次电子-空穴对数。 假设接收机为线性系统，且判决时无码间干扰，
在取样判决时刻ts输出电压：
V ( t ) Z e [ g q ] Z e X s 00 l n 00
l 1
N N s d
定义X为归一化输出信号：
X
Ns Nd l 1
g
l
qn
9
第一项概率密度函数：
[N N ] N N s d e [ N N ] s d P ( ) P g ) t n g( l N ! N 0 l 1
2）高斯近似计算 假设雪崩倍增过程的概率密度函数为高斯函数，从 而使总噪声的计算变得简单。 计算精度可保持在1dB范围内，满足工程设计的需 要。
4
二、光电检测随机过程的统计特性
1、光子计数过程
1）泊松分布 在时间间隔L内产生m个电子-空穴对的概率是均值为Λ 的泊松分布。 （光生电子-空穴对的概率密度函数）
第二项为放大器高斯噪声，概率密度为：
fqn(x )
总噪声：
1 2 an
e
2 2 an
x2
P ( x ) P ) f ( x ) t( q n
d
B E R P ( 0 ) ()x P ( 1 ) ()x 0 1 Pxd Pxd
d
所以，总噪声的概率密度函数和灵敏度的精确计算是很复 杂的。可以采用一些近似的处理方法,如切诺夫界限法、重要 性取样法等。 10
光纤通信实验3
∆U
2 ∆U U
∆T
2U
U − 2 ∆U 眼开启度 U
交叉点发散度
∆T T
眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时 刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。在无码间串扰和噪声的 理想情况下，波形无失真，“眼”开启得最大。当有码间串扰时，波形 失真，引起“眼”部分闭合。若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变 得模糊，“眼”开启得小了，因此，“眼”张开的大小表示了失真的程 度。由此可知，眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响，可评价一个 基带传输系统性能的优劣。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加 以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。 （1）眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的 时间间隔。显然，最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。 （2）眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动（或误差）的灵敏度，斜 边越陡，系统对定时抖动越敏感。 （3）眼图左（右）角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围， 称为零点失真量，在许多接收设备中，定时信息是由信号零点位置来 提取的，对于这种设备零点失真量很重要。 （4）在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。 （5）在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限，噪声瞬 时值超过它就有可能发生错误判决； （6）横轴对应判决门限电平。
三、实验原理
光收端机的灵敏度是指在保证一定的误码率前提下，光接收机所 允许接收的最小光功率。灵敏度的单位为分贝毫瓦（dBm）。 光接收机灵敏度主要决定于光接收机内部噪声（光检测噪声和前 置放大器噪声）。光接收机内部噪声是伴随光信号的接收检测与 放大过程产生的，它使接收机最小可接收平均光功率受到限制， 即它决定了光接收机的灵敏度。
6.打开系统电源，液晶菜单选择“光纤测量实验—接收灵敏度”，确认。 调节W201即改变送入光发端机信号（TX1310）幅度最大（不超过5V）。 慢慢调节可调衰减器（减少衰减量），直至在一定调节范围内，误码状 态一直显示为“正常”。保持此时可调衰减器状态。 7. 按“返回”键，选择“光纤测量实验—接收灵敏度”，确认。刷新误 码仪，此时误码状态应该一直显示为“正常”。慢慢调节可调衰减器， 增加衰减量，即使进入光收端机的光功率逐渐减小，出现误码率或者误 码率逐渐增大。当误码率达到时，误码状态显示即由“正常”切换为 “误码”。此时可以反调衰减器减少其衰减量，在误码状态切换点停止 调节，保持此时可调衰减器状态。 8. 断开光接收端机，测量可调衰减器的输出光功率Pmin（dBm），即为 此光收端机的灵敏度。注意操作过程中，不可改变可调衰减器状态。 9．重测量结构连接，重复步骤6、7，刷新误码仪。慢慢调节可调衰减器， 减小衰减量，使进入光收端机的光功率逐渐增大，出现误码率或者误码 率逐渐增大。当误码率达到时，误码状态显示即由“正常”切换为“误 码”。此时可以反调衰减器增大其衰减量，在误码状态切换点停止调节， 保持此时可调衰减器状态。 断开光接收端机，测量可调衰减器的输出光功率Pmax（mW）。 10. 算出此光收端机的动态范围D； 11. 关闭系统电源。
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hT
(t
tl )
1
[
p(tl )
h
0 ]dtl }
e N N!
eN
e0 g
N 0
N!
N
hT (t
L
tl
Байду номын сангаас}[
p(tl
h
)
0 ]dtl
Q e N 1 e N 1 e e 1
(N 1)!
( N 1)!
Vout l
(t)
e0
g
L
[
p(tl
h
)
0
]hT
(t
tl
)dtl
对PD：
dind2 df
e0(Is
Id)
对APD：
dind2 df
e0(Is
Id)G2F(G)
在输入端是并联电流噪声源。 光电检测器的噪声与接收光功率有关。
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特点：简单，但没有反映出邻码对判决码元的散粒噪声
V ou (t)tiin (t) ZT(t)iin ()ZT(t)d
即在判决某码元时，光电探测器的散粒噪声包括所有邻 近码元的影响。
第3.3讲 光接收机的灵敏度计算
一、灵敏度计算的一般方法 二、光电检测随机过程的统计特性 三、接收机灵敏度的精确计算 四、接收机灵敏度的高斯近似计算
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1
一、灵敏度计算的一般方法
1. 灵敏度的概念: 保证 误码率为确定值的 情况下所需要的最 低接收平均光功率 (dBm).
2. 一般方法 1）求总噪声的概率 密度函数f0(x),f1(x) ; 2) 从概率密度函数 出发计算误码率。
II. N是随机的，即在时隙L内产生的初始电子-
空穴是泊松分布
N
Png( gl ) Pprob( ) Pprob( )......
l1
n个Pprob()的卷积
[ t0L
t0
p(t) h 0]dt
结论：光电检测过程是非常复杂的随机过程。
8
三、接收机灵敏度的精确计算
1、方法
设Ns和Nd分别为每秒钟光生和暗电流生成的电子-空穴
il (t) e0 gl (t tl )
N
i(t) e0 gl (t tl ) l 1
N
V l out
(t)
e0 gl (t tl ) ZT (t)
lN1
e0glZT(t tl)
l1
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17
ZT (t) RThT (t)
N
Voutl (t) e0glhT (t tl ) l1
2）求 Voutl (t)
N
Voul(tt)e0g hT(ttl)
N
l1
hT (t tl ) 含有两重随机性：
l 1
I. 时隙L内产生N个初始电子空穴对的概率是泊松分布；
II. 在tL时刻产生一个电子空穴对是随机的。
18
N
Voul(tt)e0g [ hT(ttl)P(tl)dl]t N0 Ll1
收机的灵敏度。
X X1 X2
2）高斯近似计算
fX (x) fX1 fX 2
假设雪崩倍增过程的概率密度函数为高斯函数，
从而使总噪声的计算变得简单。
计算精度可保持在1dB范围内，满足工程设计 的需要。
4
二、光电检测随机过程的统计特性
1、光子计数过程
1）泊松分布
P[m, (t0 , t0
L)]
e m m!
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2
计算BER
“0”码误判为“1”码的概率E：01
D f0(x)dx
“1”码误判为“0”码的概率E：10
误码率
D
f1(x)dx
BER E01P(0) E10P(1)
3
2、光接收机灵敏度计算方法
1）精确计算：从雪崩倍增实际的概率密度函
数出发计算总噪声的概率密度函数，进而计算接
2）Personick的计算方法 由卷积的关系来确定输出电压，进而确定光电探测器的
散粒噪声。
V ol( u t)t V ol( u t) t [ V ol( u t)t2 ] 2
16
2、光电探测器的散粒噪声
1）求
Vl out
(t)
在时隙L
t1, t2, t3,...... tl,...... tN g1,g2,g3,......gl,......gN
P[N,(t0,t0L)]
P(tl ) 是在tl时
刻产生一个初 始电子-空穴 对的概率
P(tl)( tl) 1[p h(tl)0]
P[N,(t0,t0 L)]是时隙L内产生N个初始电子-空穴对
P[N,(t0,t0
L)]
eN N!
的概率
19
Voutl (t)
e0 g {
N 0 L
N l 1
对数，qn是放大器的高斯噪声归一化为二次电子-空穴对数
Ns Nd
V(ts ) Z0e0[ gl qn ] Z0e0 X
l1
Ns Nd
X gl qn
X的概率密度函数为：
l1
Pt()N0e[NsNd][NN!sNd]N
N
Png(
l1
gl
)
9
放大器的噪声： 总噪声：
x2
fq n(x)
1
g [ e0 L h
p(tl )
E 10
e 0 0!
e E /h
BER
1 2
E 10
1 10 9
E 1 21 h
“1”误判为“0” 码的概率等于接 收“1”码时一个 电子-空穴对也没 有产生的概率。
6
2、雪崩光电检测随机过程的统计特性
雪崩光电检测随机过程的统计特性是非常复杂的。
时隙L内， t1, t2, t3,...... tl,...... tN g1,g2,g3,......gl,......gN
gl = n 的概率是一个复杂的函数：
Pprob(gl
(1k)n1( n )[1k(G1)]1k1(nk1)
n)
1k G [1k(n1)](n1)![1k(n1)]
(G1)n1 G
(1k)
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7
P t( )N 0e N !NP ng (lN 1gl )
随机性：I. gl是随机的, 其概率密度函数是复杂的函数；
e 2an2
2an
P(x)Pt()fqn(x)
d
BERP(0) d
P0(x)dxP(1)P1(x)dx
所以，总噪声的概率密度函数和灵敏度的精确计算 是很复杂的。可以采用一些近似的处理方法,如切诺夫 界限法、重要性取样法等。
10
四、接收机灵敏度的高斯近似计算
1、概况：两种方法
1）从噪声功率谱密度进行计算
[p(t h
)
0
]dt
2）光电检测过程的量子极限
条件：放大器不存在热噪声
光电二极管的量子效率为1，暗电流为零
光源的消光比为零
5
因为光源的消光比为零，所以“0”码时接收光功率 为零，没有光生的电子-空穴对；Id = 0, 没有暗电流生成 的电子-空穴对；放大器无噪声，没有热激励的电子-空穴 对。
“0”码不会发生误判决，E01=0。